本發(fā)明一般來說涉及變壓器，且更明確地說，涉及具有高質(zhì)量因子且用于跨越經(jīng)隔離勢壘轉(zhuǎn)移電力同時使用小形狀因子且實現(xiàn)高隔離額定值的變壓器。

背景技術(shù)：

電化隔離是隔離電路區(qū)段以防止區(qū)段之間的電流流動的原理。此可通過電容性或電感性方法而實現(xiàn)。然而，隔離通常是電路設(shè)計中的限制因素。高質(zhì)量隔離變壓器通常是又大又貴的繞線變壓器。此類變壓器的大小使得此類變壓器對于較小占用面積電路設(shè)計是不實用的。小隔離變壓器通常具有不良隔離額定值。需要更適于模塊集成的具有高隔離額定值的小且擔(dān)負(fù)得起的隔離變壓器。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

一般來說，依據(jù)這些各種實施例，隔離變壓器包含特定拓?fù)洌鎏囟ㄍ負(fù)浒髯灾辽俨糠值厍度氪判圆牧蠈又械牡谝患暗诙姼行栽?。所述磁性材料減少通量泄漏，此既增加變壓器的電感又屏蔽變壓器與外部電路之間的干擾。電感性元件由限制電感性元件之間的電流泄漏的隔離層隔開。此設(shè)計允許易適于模塊化集成的較小形狀因子隔離變壓器。明確地說，具有此拓?fù)涞淖儔浩髋c具有類似性能特性的其它變壓器相比可具有小得多的輪廓。磁性材料的使用還提供較高擊穿電壓，此允許變壓器的較薄總體設(shè)計。

這些及其它益處可基于對以下詳細(xì)說明進行全面審查及研究而變得更清楚。

附圖說明

尤其在連同圖式一起研究時，以上需要通過提供用于以下詳細(xì)說明中所描述的模塊集成的隔離變壓器拓?fù)涠辽俨糠值氐靡詽M足，在圖式中：

圖1包括如根據(jù)本發(fā)明的第一實施例所配置的變壓器拓?fù)涞臋M截面圖；

圖2包括如根據(jù)本發(fā)明的第二實施例所配置的變壓器拓?fù)涞臋M截面圖；

圖3包括如根據(jù)本發(fā)明的第三實施例所配置的變壓器拓?fù)涞臋M截面圖；

圖4包括如根據(jù)本發(fā)明的第四實施例所配置的變壓器拓?fù)涞臋M截面圖；

圖5包括如根據(jù)本發(fā)明的第五實施例所配置的變壓器拓?fù)涞臋M截面圖；

圖6包括如根據(jù)本發(fā)明的第六實施例所配置的變壓器拓?fù)涞臋M截面圖；

圖7圖解說明如根據(jù)本發(fā)明的各種實施例所配置的變壓器的透視圖。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，各圖中的元件是為簡單及清晰起見而圖解說明的，且未必按比例繪制。舉例來說，為幫助改進對本發(fā)明的各種實施例的理解，各圖中的元件中的一些元件的尺寸及/或相對定位可相對于其它元件被放大。此外，通常未描繪在商業(yè)上可行的實施例中有用或必需的常見而眾所周知的元件以便促進對這些各種實施例的較不受阻擋的觀看。將進一步了解，可以特定發(fā)生次序描述或描繪特定動作及/或步驟，同時所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，關(guān)于序列的此特定性實際上并不需要。還將理解，本文中所使用的術(shù)語及表達具有與由所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員上文所陳述的此類術(shù)語及表達一致的一般技術(shù)含義，除非本文中另外陳述不同特定含義。

具體實施方式

現(xiàn)在參考圖式，且明確地說，參考圖1，現(xiàn)在將呈現(xiàn)與這些教示中的許多教示兼容的說明性變壓器設(shè)計。變壓器100具有主軸105且包含由隔離層130隔開的第一磁性材料層110及第二磁性材料層120。第一磁性材料層110、第二磁性材料層120及隔離層130沿著主軸105布置。第一磁性層110在沿著主軸105從隔離層130朝向圖1的頂部的第一方向上。第二磁性材料層在沿主軸105從隔離層130朝向圖1的底部的第二方向上。

第一磁性材料層110及第二磁性材料層120可由任何磁性材料制成。可能實例包含鐵、赤鐵礦、鋼、鎳、鈷及基于鐵氧體的材料，例如鎳鋅鐵氧體、安置于粘結(jié)劑材料中的鐵氧體粉末、金屬粉末材料或其它類型的磁性鐵氧體材料。隔離層130由電絕緣體構(gòu)成。在一些實施例中，隔離層130由兩個或兩個以上電介質(zhì)疊層構(gòu)成，所述電介質(zhì)疊層例如雙馬來酰亞胺三嗪層、fr4層、abf層或用于襯底或印刷電路板制造的任何其它電介質(zhì)材料層。

第一磁性材料層110具有背對隔離層130的外邊緣111。第二磁性材料層120也具有背對隔離層130的外邊緣121。隔離層具有基本上法向于主軸105的中心平面135。

變壓器100還包含兩個電感性元件140、150。第一電感性元件140定位于第一磁性層110的外層111與隔離層130的中心平面135之間。第二電感性元件150定位于第二磁性層120的外層121與隔離層130的中心平面135之間。兩個電感性元件140、150經(jīng)布置使得在時變電流流過第一電感性元件140時，第一電感性元件140產(chǎn)生誘發(fā)第二電感性元件150中的電流的磁場。在一些實施例中，如此構(gòu)造的變壓器實施于硅襯底上。

兩個電感性元件140、150由導(dǎo)電材料制成。實例性材料包含銀、銅、金及鋁。電感性元件140、150繞沿軸向方向延伸的中心軸或主磁場產(chǎn)生軸而纏繞。兩個電感性元件140、150的主磁場產(chǎn)生軸基本上彼此平行。電感性元件140、150的形狀可變化。實例包含圈狀、圓形、橢圓形、跑道形狀、正方形、矩形、截錐形、多邊形及其它形狀。在圖1中所展示的實施例中，兩個電感性元件經(jīng)塑形以允許電流圍繞主軸105流動，其中電感性元件140、150兩者的軸向方向基本上平行于主軸105。

第一電感性元件140定位于隔離層130的中心平面135與第一磁性材料層110的外邊緣111之間。第二電感性元件150定位于隔離層130的中心平面135與第二磁性材料層120的外邊緣121之間。電感性元件140、150在每一側(cè)上由磁性材料或隔離層材料中的一者環(huán)繞。在圖1中，電感性元件140、150完全嵌入磁性材料層110、120中，使得第一磁性材料層110的一部分安置于第一電感性元件140與隔離層130之間，從而覆蓋第一電感性元件140的面向隔離層130的軸向側(cè)，且第二磁性材料層120的一部分安置于第二電感性元件150與隔離層130之間，從而覆蓋第二電感性元件150的面向隔離層130的軸向側(cè)。

在典型操作中，隔離層130防止電流在兩個電感性元件140、150之間的直接流動。磁性層110、120防止變壓器外部的實質(zhì)通量泄漏。此經(jīng)減少通量泄漏產(chǎn)生高質(zhì)量因子。磁性層110、120具有使變壓器100免受來自周圍電路的電干擾的增添效應(yīng)。經(jīng)減少通量泄漏還保護周圍電路免受由變壓器100造成的干擾。圖1的所圖解說明實例中的磁性層110、120的磁性材料經(jīng)安置以覆蓋背對隔離層130的側(cè)上的電感性元件140、150。

在圖2中所展示的實施例中，添加第二隔離層145及第三隔離層155。電感性元件140、150由第二隔離層145及第三隔離層155環(huán)繞。第二隔離層145及第三隔離層155沿基本上垂直于電感性元件140、150的軸向方向的方向環(huán)繞電感性元件140、150。第二隔離層145及第三隔離層155防止電流跨越電感性元件140、150中的間隙而泄漏。事實上，此方法允許其中電感性元件140、150及磁性材料被制成且堆疊成層而非將磁性材料嵌入電感性元件140、150內(nèi)的簡化制造工藝。

在圖3中所展示的實施例中，電感性元件140、150沿著隔離層130的表面安置。電感性元件140、150在一側(cè)上嚙合或接觸隔離層130且在所有其它側(cè)上由磁性材料環(huán)繞，且磁性材料延伸到電感性元件140、150的繞組之間。圍繞電感性元件140、150的磁性層110、120仍防止通量泄漏，且電感性元件140、150之間的磁性材料的缺失允許高耦合系數(shù)。

如圖4的實例中所展示，電感性元件140、150可完全嵌入隔離層130中。絕緣材料防止電流跨越電感性元件140、150中的間隙而泄漏，從而增加質(zhì)量因子。隔離層130中存在至少部分地用磁性材料填充的凹口112、122。凹口112、122界定延伸到隔離層的相應(yīng)表面中的空隙。換句話說，凹口112、122平行于主軸105而延伸且至少部分地用磁性材料填充，在一種方法中，凹口112、122從第一磁性材料層110及第二磁性材料層120朝向中心平面135向內(nèi)延伸直到至少與電感性元件140、150的最內(nèi)表面齊平為止。此磁性材料提供電感性元件之間的磁通量路徑中的較小間隙且產(chǎn)生較高耦合系數(shù)。

隔離層130中的至少部分地用磁性材料填充的凹口122可一直延伸穿過隔離層130，如圖5的實例中所展示。在此實例中，凹口122事實上是貫穿通孔131。通孔131可部分地用磁性材料125填充，其中剩余部分用例如膠或材料等填充物133填充。貫穿通孔131中的填充物133的量相對于磁性材料125的量確定磁通量路徑中的空氣間隙的量。因此，可針對給定應(yīng)用特定地制定變壓器的耦合系數(shù)及質(zhì)量因子。舉例來說，此布置可用于需要高電感密度的應(yīng)用中，例如用于用于工業(yè)自動化的低功率經(jīng)隔離dcdc中。高電感密度將使此變壓器適于傳統(tǒng)pwm轉(zhuǎn)換器以及回掃或全橋解決方案。

在替代實施例中，如圖6中所展示，變壓器100包含一組以上電感性元件140、150。在第一磁性材料層110中，存在第一頂部電感性元件140a及第二頂部電感性元件140b。在第二磁性材料層120中，存在第一底部電感性元件150a及第二底部電感性元件150b。當(dāng)電流通過第一頂部電感性元件140a時，第一頂部電感性元件140a產(chǎn)生誘發(fā)第一底部電感性元件150a中的電流的磁場。當(dāng)電流通過第二頂部電感性元件140b，第二頂部電感性元件140b產(chǎn)生誘發(fā)第二底部電感性元件150b中的電流的磁場。第一組電感性元件140a、150a繞沿軸向方向延伸的軸105a而纏繞。第二組電感性元件140b、150b繞沿相同方向或基本上相同方向延伸的軸105b而纏繞。

圖7圖解說明變壓器100的一種形式的等距視圖。電感性元件140、150繞沿軸向方向105延伸的軸而纏繞。電感性元件沿兩個徑向方向106、107纏繞。第一電感性元件140至少部分地嵌入第一磁性材料層110中。第二電感性元件150至少部分地嵌入第二磁性材料層120中。兩個電感性元件140、150位于隔離層130的相對側(cè)上。第一磁性材料層110沿軸向方向從隔離層130延伸超過第一電感性元件140。第一磁性材料層110還沿徑向方向106、107延伸超過電感性元件140的每一側(cè)。以此方式，電感性元件140完全被磁性材料環(huán)繞。類似地，第二磁性材料層120從隔離層130延伸以沿軸向方向105及徑向方向106、107完全環(huán)繞第二電感性元件150。

在替代實施例中，第一電感性元件140及第二電感性元件150安置于隔離層130的表面上。磁性材料延伸以沿徑向方向106、107覆蓋電感性元件以及沿軸向方向105在電感性元件140、150的背對隔離層130的面上覆蓋電感性元件。電感性元件140、150在每一側(cè)上由隔離層130或磁性材料層110、120環(huán)繞。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，可在不背離本發(fā)明的范圍的情況下關(guān)于上文所描述實施例做出各種各樣的修改、變更及組合，且此類修改、變更及組合將視為在發(fā)明性概念的范圍內(nèi)。